PLC在万能铣床电气控制中的应用初探.pdf

与 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ J ． i s s n ． 1 0 0 9 - 9 4 9 2 ． 2 0 1 5 ． 0 7 ． 0 0 8 P L C在万能铣床电气控制中的应用初探 孙伟 潍坊工程职业学院， 山东潍坊 2 6 2 5 0 0 摘要探究P I C 在万能铣床电气控制系统中的应用，了解电气控制系统的组成以及具体应用的方法。借助P L C 原理和电路系统 控制表，表现了电力控制系统软件设计过程。通过描述P L C 的特征、组成以及控制的过程，表现了这种电气控制系统安全性和 稳定性非常高 。P L C电气控制系统运行非常安全 ，技术可靠 ，为电力系统安全运行起到 了重要作用。 关键词P L C 控制器；电气控制；电力系统 中图分类号 T G5 4 7 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 99 4 9 2 2 0 1 50 70 0 2 7一o 3 Pr e l i m i na r y Appl i c a t i o n o f PLC i n El e c t r i c a l Co nt r o l Uni v e r s a l M i l l i ng M a c h i ne S UN W e i We i f a n g E n g i n e e r i n g V o c a t i o n a l C o l l e g e ，We i f a n g 2 6 2 5 0 0 ，C h i n a Ab s t r a c t PL C a p p l i c a t i o n i n t h e u ni v e r s a l mi l l i n g ma c h i n e e l e c t ric c o n t r o 1 ．To e x p l o r e t h e PI C i n t h e a p p l i c a t i o n o f un i v e r s a l mi l l i n g ma c h i n e e l e c t ric c o n t r o l s y s t e m，un d e r s t a n d t h e c o mp o s i t i o n a n d s p e c i f i c a p p l i c a t i o n o f t h e e l e c t ric c o n t r o l s y s t e m．Us i n g P LC c o n t r o l t a b l e， i t p e r f o r me d t h a t s o f t wa r e d e s i g n p r o c e s s o f t h e e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m．By d e s c rib i n g t h e c h a r a c t e ris t i c s o f P LC， t h e c o mp o s i t i o n a n d c o n t r o l p r o c e s s ， t h e e x p r e s s i o n o f t h i s e l e c t ric c o n t r o l s y s t e m s e c u rit y a n d s t a b i l i t y a r e v e r y h i g h ．P LC e l e c t r i c a l c o n t r o l s y s t e m i s v e r y s a f e a n d r e l i a b l e t e c h n o l o g y，a n d h a s p l a y e d a n i mp o r t a n t r o l e f o r t h e s a f e o p e r a t i o n o f t h e p o we r s y s t e m． Ke y wor d s PL C c o n t r o l l e r ； e l e c t r i c c o n tr o l ；e l e c t ric p o we r s y s t e m 在我国，数控技术的发展起步较晚，并且该 系统存 在很 多不 足 ，研发 和更新 的速 度较 为缓 慢，因此对于相关的企业单位来说，生产过程中 不需要使用过于先进的电动机床 ，而万能铣床这 一 类 的电气机床还是可 以研发 出来 的，但 如何提 高该数控系统的安全性和稳定性成为技术人员和 企业首先考虑的问题 。此外 ，数控产业是 我国重 要 的产业类型 ，在生产 以及加工零部件方 面具有 一 定 的优势 。数控铣床控制系统可 以将机械加工 提升到新 的层面 ，在推动电子产 品发展方 面有重 要意义。P L C是一种 电力控制器 ，是通过数字或 者模拟量对机械进行控制的设备 ，对于生产过程 起到了一定维护和调节作用 。 1 P L C的基本 结构 组成 P L C是一种可 以编程 的可用控制器 ，主要是 通过内部的可编程和存储的电子设备实现编程和 控制的，可以执行的功能有各种逻辑运算和系统 设备的定时控制等，通过这些操作可以使机械过 程中的数字输 出和输入变得可控 。总体来说 ， P L C实 际上 就是 一 种用 于工业 控 制 的计 算 机设 备，基本的功能如下。 1 电源构造 P L C的电源是非常重要的部件 ，如果设备的 电源不能及时和高效的使用，会严重影响到设备 的正常工作 ，也正是 因为这种状况 ，生产制造厂 家都对电源的设计和生产非常注重。设备交流电 的电波一般控制在 9 ％ 1 0 ％以内，值得注意 的是不能将P L C 在没有任何防范措施下接入到系 统的交流电中口 。 2 设备的中央处理单元 收稿 日期 2 0 1 50 1 1 6 匦蕊圈 丑l 垫术与 设备 的 中央处 理单 元 又简 称 为 C P U，是 系 统 实施 控制功 能 的中枢部件 。可 以存 储 由编程 器键人的数据和应用程序 ，主要的功能是负责 对电源状况 、系统存储单元 以及定时器进行实 时检查 ，要能对 用户 程序 中语 言输 入 的错 误状 况予 以诊断 。在逻辑控制器运行之前 ，可 以将 设备 的输入状态与设备 的数据一起存人设备的印 象区域 ，再从存储器 中读出用户的应用程序 ，对 命令进行了解释以后，逻辑和运算都符合规定就 可以将最终的运算结果存人设备的数据存储器 中。在设备 中的所有程序都已经运行结束后就可 以将印象区域的所有数据传输到设备的输出装置 中去 ，可 以一直循环操作 。 3 设备内存储器和接口电路 一 般 ，用来存放系统软件 的存储器被称为系 统存储器，而存放应用软件的存储器则被称为用 户存储器。接 口的输入 电路为光耦和 电路 ，可 以 很好的控制接 口与界面的输入通道。 2 P L C的工作原理 这种可编程的控制器运行一般可分为两个操 作 阶段 ，操作顺 序为输 入 时的采样 和程序 的执 行。这两个阶段的具体内容如下。 1 采样输入阶段 在采样输入 阶段 中 ，P L C控制器读取数据 的 方式是 以扫描 的方式完成 的，在扫描完成后 可以 将数据依次存入到设备的印象 区域内 I 。在完成了 采样 以后 ，可以对用户的执行程序和输入程序进 行刷新 。如果 系统 内的数据发生变化 ，也不会影 响到印象区内的数据 。所 以 ，如果 系统输 出的信 号是脉冲形式的，那么，信号宽度就要比一个扫 描周期大 ，只有这样才能保证输入的数据全部都 被读取到。 2 程序 的执行方式 在该阶段 ，P L C控制器是 以梯形 图的方式进 行 扫描 的。扫描时可 以先 扫描接触点上 的控制线 路 ，逻辑运算可以沿着控制路线 自上而下进行 ， 最后 可以根据运算 的结果对设备存储 区域 内的逻 辑线圈进行刷新 ，还可 以刷新 出设备印象 区域的 输出线圈 J 。 3 P L C系统的应用特征 1 应用便捷 ，程序编写简单 P L C控制 系统 编 写语 言 的过程 是 应用 梯形 图、逻辑顺序图以及编程语言 的列表等 ，因为结 构相对简单 ，不需要过于复杂的程序语言 ，因此 不用通过复杂的计算机知识就可以完成整个系统 的程序编写。此外 ，鉴于设备系统的开发时间相 对较晚 ，因此 ，在现场调试 时较为容易 ，在对程 序进行修改时也不用将内部的硬件拆除。 2 设备可靠性强 一 般 的继电系统都在使用各种相间的继 电器 和时间控制继 电器 ，这些继电器 因为需要 与各种 线路进行连接 ，如果有一个线路的接触点发生故 障 ，就容 易 引发整个 系统 的故障 ，造成经 济损 失 。P L C控制 系统 的应 用可 以取 代各 种继 电设 备，只需要使用少量的输出或者输入的硬件，造 成事故 的几率大大减少。此为 ，P L C 还 采用 了一 些抗干扰的设备 ，无故障的平均时间可以达到几 千个d , n - J ，非常适用于干扰强 的生产车间。 3 系统 的设计和调试工作 因为 P L C渐渐取代 了大量的继电器 ，因此使 继电器 的调节和控制工作减少 。用户可 以在室内 对系统进行调试 ，输入的信号可 以通过小型的开 关模拟进行 ，观察输 出信号可以通过 P L C上面的 二极管实现。在系统安装和接线都完成以后，对 于调试 中出现 的问题可 以通 过修改程 序来解决 ， 调试的时间也比传统的继电器调试时间少。 4 数控铣床 的基本构造和控制标准 数控铣床的构成有控制机械、C N C控制器、 全数字形式的交流驱动器系统 、P L编程控制器以 及变频器设备等 。C N C 控制器负责显示系统的位 置 、程序 的编 写和程序 的运行 、系 统参数 的运 算 、 诊断以及报警等；驱动器则需要完成系统的 插补计算和控制 ；变速器一般完成系统主轴 的速 度调节 ，通过控制可以操控主轴的转动速度和转 动方 向；而在铣床 中P L C负责电气控制系统 的故 障诊断 。 从 系统 的控制标准上看 ，数控铣床的控制阶 段分为主控 系统的控制和系统的辅助控制两个方 面 ，而系统控制 中的主轴控制又可 以分为方向控 制和一些进给轴的控制 ，因为需要控制的单元很 多 ，因此要使用 P L C电气控制系统 ，以减少继 电 设备 的使用。输 出端 口在对接触器实施控制的过 J 2 8 ≮ 1 孙 伟 P L C 在万能铣床电气 控制中的应用 初探 垫 程 中，可以最终控制到主控系统。 P L C的输 出端 口可 以与数控铣床控制系统的 一 些电气设备连接从而实现报警功能。C N C 控制 系统控制器可以通过P L C的程序实现各项操作功 能，最终还可以实现系统故障的排查和修补 。一 般 ，P L C的输 出或是输入 的端 口都是与系统 内的 变频器和 C N C相互连接 的，P L C系统可 以对数控 铣床的开关 以及 内部构建进行检测 ，报警可根据 检测的最终信号实现，在检查故障时可以先将电 源切断，以确保系统安全 ，还有冷却控制以及润 滑控制等功能。 5 P L C在数控铣床中的电路以及软件设计 1 P L C的系统设计 为确保数控铣床控制系统的故障诊断符合标 准 ，就要选择质量合格的编程控制器 ，本文以 s Y S MA c C P MI A型控制器 为例进行 论述 ，该控制 系统数据输出接是 3 0 点的，有 2 3 个输 出节点 ，可 输出1 5 个控制点，编程控制器结构为输出和输入 型，并且结构的安装调试非常方便，响应的速度 较快 。 P L C的映像通道可以按照电气控制构建特征 以及控制标准进行分配，P L C 在系统中可以与各 种 电气设备连接 ，从而达到系统检测功能。P L C 印象 区域如表 1 所示 。 表 1 印象区域地址分配表 输人地址 输入触点名称 输出地址 输出触点名称 0 0 0 0 0 X 轴报警 0 1 0 0 0 Z 轴自 动器 开启 0 0 0 0 1 Y 轴报警 0 1 0 0 1 主轴电路接通 0 0 0 0 2 X轴开关左限 0 1 0 0 2 伺服主电路接通 0 0 0 0 3 X轴开关右限 0 1 0 0 3 X轴伺服工作 0 0 0 0 4 Y 轴开 关前限 0 1 0 0 4 Y 轴 伺服工作 0 0 0 0 5 y 轴开关后限 0 1 0 0 5 Z 轴伺服工作 0 0 0 0 6 Z轴开关下限 0 1 0 0 6 X轴故障清扫 0 0 0 0 7 Z 轴开关前限 0 1 0 0 7 Y 轴故障清扫 0 0 0 0 8 Z 轴开关右限 0 1 0 0 8 Z 轴故障清扫 2 P L C的控制软件设计 通过设备的通信接口，P L C的输出和输入地 址可按照程序编制的梯形图 如图1 所示实现 程序的控制 ，控制程序可 以控制两个部分 ，分别 是主轴 的控制和进给 的主电路控制 ，在控制完成 以后 ，就可以按照C N C 控制器和系统变频器控制 系统的输入和输 出实现系统的报警和故障的消除。 一 般，P L C的可靠性和安全性较高，P L C 系 统 内的输入 和输 出点 以及 开关 部位容 易 出现 故 障。因此，在对系统实施设计时，要优先考虑系 统是否具有检测系统故障的功能，以使整个系统 的安全性和稳定性提高。 1 图 1 梯形 图 1 在对铣床软件进行设计时 ，首先要 注意 电源的开关是否 已经断开 ，控制信号预 留的种类 也是有要求的，一般需要留有强电关闭信号，无 论设备信号处于什么状态，都要首先断电处理。 通过上面的图 2 就可 以显示出 ，在关 断信号处 于 X 2 部位时 ，信号启动效果无论处于什么状态 ，继 电器都要被切断，但是X 2 为0 时，系统启动信号 变为 1 ，才可以重新启动继 电器 ，与此 同时 ，只 有继电器 的接触点 自动锁住 ，继 电器则可以继续 保持关闭状态 。 2 动作互锁控制也要非 常注意 ，一定要控 制好主轴转动 的方向和发生的动作路径 ，在发生 这两种变化 时 ，为确保 方 向和路径不发生偏差 ， 要采用必要的互锁控制。互锁信号可以应用M 2 0 0 和 M2 1 0 两种常闭接触点 ，可将这两个接触点并入 到控制 回路 中去 ，这样就可以保证继电器和 M2 1 0 其 中一个是启动的先决条件 ，另一个控制 回路就 一 定要将电源关闭。如果有一个回路在启动后都 可 以确保另一个 回路 电源 自动关 闭 ，这样可确保 两者不会 同时发生动作 。 3 在注意 了互锁控制 以后 ，就要注意顺序 连锁的控制 ，铣床的运行控制是有严格要求的， 下转 第 1 8 5页 廖影坤 等高温高湿环境中变频器冷却方式的改进 ／ 一 ’ 、 电力电 表2 2 0 1 4 年度变频器冷却方式改进后的故障情况统计数据表 月份 频次 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 l 】 1 2 合计 类别 变频器故障 O O 0 O O O O O O O O O O 机械及其它故障 O 1 1 1 O 1 l O l 1 O 1 8 总计 O l l 1 O l l O l 1 O 1 8 拉伸机上得到了推广应用 ，既为企业节约了维修 工时和费用 ，又为企业生产任务的完成提供了可 靠保证 ，创造了可观的经济效益 。 6结束语 改进后 的变频器冷却方式有效地拓宽 了变频 器 的使用空间和时间 ，特别适用于一些较狭小且 温度湿度较高 ，通风散热条件较 差 的环境 ，对 于同类场所和环境 条件下 的生产企业具有一定的推 广应用价值 。 参考文献 [ 1 ]魏连 荣． 变频器原理及 实例解析 [ M]． 北京 化学工业出版社 ， 2 01 4 ． [ 2 ]变频 器使 用说明书 [ Z ]． 日本安 J l I ， 2 0 0 3 ． [ 3 ]王延才． 变频器原理及应用 [ M]． 北京机械 工业出版社 ，2 0 1 1 第一作者简介廖影坤 ，男 ，1 9 5 9 年生，广东兴宁人，中 专 ，工程师。研究领域 机 电设备的安装维护 ，技术改 造 。 编辑 向飞 上接第2 9 页 要按照规定顺序排列 ，不能将各个顺序打乱。在 采用连锁控制时，常开接触点可以选择前一个动 作路径，并串联在动作启动回路中的下一个动作 路径中 ，同时还可以把系统的下一个常闭接触节 点以串联的形式接人到上个关闭状态的动作回路 中，通过这种方法可以使系统中的每一个动作都 可以按照规范的设计程序开展，以此提高系统的 可靠 和安全 。P L C的可靠 性受多种 因素 的影 响 ， 在对P L C 系统软件进行开发时要首先对系统的故 障点进行综合的分析和考虑，才能减少安全事故 的产生。 6结语 本文主要对P L C 控制器系统的基本构成和工 作原理以及在万能铣床电气控制系统的应用进行 了具体 阐述 ，表现 了应用这种控制器可 以提高电 气 系统 的安全 性和稳 定性 。本文 着重研 究 的是 P L C 在铣床在电气控制的应用过程，通过论述可 知 ，该编程控制器 的应用软件设计和硬件配置完 全可以在系统中使用，可以减少系统的故障发生 率 ，从而可以确保制造出的产品质量得到保证。 此外 ，通过对数控铣床进行 的研究可以为我 国数 控技术的发展起到推动作用 ，为各个企业提供了 一 点参考 。 参考文献i [ 1 ]周斌． P L C在X 6 2 W卧式万能铣床电气控制系统改造中 的应用 [ J ]． 机电工程技术，2 0 0 9 ，3 8【 1 2 0 2 3 ． [ 2 ]李建荣，胡学林，钱松，等． P L C 在X 6 2 W万能铣床电 气控制系统改造中的应用 [ J ]． 安徽职业技术学院学 报 ，2 0 1 1 ，1 0 2 2 7 2 9 ． [ 3 ]黄照庆． P L C 在X 6 2 W万能铣床 电气控制系统改造中的 应用 [ J ]． 机电信息，2 0 1 2 3 [ 4 ]黄照庆． P L C 在X 6 2 W万能铣床 电气控制系统改造中的 应用 [ J ]． 机电信息，2 0 1 2 3 8 8 8 9 ． [ 5 ]邵文冕． 基于P L C的铣床控制 系统的技术改造研究 [ J ]． 工业仪表与 自动化装置，2 0 1 2 3 9 1 9 4 ． f 6 ]李松 ，何俊． 铣床控制 电路的P L C设计改造 [ J ]． 船 电技 术 ，2 0 1 2 ，3 2 1 2 4 6 4 8 ． [ 7 ]胡国彪． P L C 在万能铣床 电气控制中的应用 [ J ]． 科 技视 界 ，2 0 1 3 3 3 1 2 4 1 2 5 ． [ 8 ]郑超． P L C在万能铣床 电气控制中的应用初探[ J ]． 城市建设理论研究，2 0 1 4 1 2 ． 作者简介i孙伟 ，男 ，1 9 7 0 年生 ，山东潍坊人，大学 本科 ，高级实验师。研究领域电子设计与电气控制。 编辑 阮毅